tác động của biến đổi khí hậu đến nguồn nước thô cung cấp ...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HỒ MINH THÔNG

TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

ĐẾN NGUỒN NƯỚC THÔ CUNG CẤP

VÀ DỰ BÁO NHU CẦU DÙNG NƯỚC

TRUNG HẠN TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Ngành: Kỹ thuật Tài Nguyên Nước

Mã số ngành: 62580212

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2021

ii

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Người hướng dẫn 1: PGS.TS. Nguyễn Thống

Người hướng dẫn 2: PGS.TS. Châu Nguyễn Xuân Quang

Phản biện độc lập 1:

Phản biện độc lập 2:

Phản biện 1:

Phản biện 2:

Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án họp tại

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

vào lúc giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

- Thư viện Đại học Quốc gia Tp.HCM

- Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM

1

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề

Trực thuộc Ủy ban nhân dân Tp.HCM, việc cung cấp nước cho thành

phố đang được phụ trách bởi Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn - TNHH MTV

hiện đang cung cấp nước cho nhu cầu sử dụng sinh hoạt, sản xuất cho gần

1.100.000 hộ gia đình, đơn vị sản xuất, kinh doanh dịch vụ và hành chính sự

nghiệp. Tổng công suất của các nhà máy nước thuộc Sawaco trên địa bàn thành

phố hiện tại là 1.860.000m³/ngày đêm (trung bình năm 2018), và lượng nước tiêu

thụ đạt gần 1.400.000m³/ngày. Gần như toàn bộ nguồn nước thô cung cấp nước

cho toàn Tp.HCM, phục vụ nhu cầu sinh hoạt, ăn uống, dịch vụ và sản xuất đều

hoàn toàn phụ thuộc vào việc khai thác nguồn tài nguyên nước từ hệ thống sông

SG-ĐN, chỉ một số ít (~5,8%) được khai thác từ nguồn nước ngầm.

Trong những năm đến giữa thế kỷ, vấn đề cung cấp nước trên địa bàn

Tp.HCM sẽ gặp những vấn đề cấp thiết; các yếu tố tác động vừa là nguyên nhân

của biến đổi khí hậu, vừa là nguyên nhân do con người tác động, và các yếu tố

này sẽ cộng hưởng với nhau để gây ra tác động nghiêm trọng hơn. Từ đó cho

thấy, việc nghiên cưu và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến nguồn nước

thô cung cấp kết hợp với việc nghiên cưu dự báo nhu cầu dùng nước trong tương

lai cho khu vực Tp.HCM trong điều kiện không chắc chắn là cần thiết, nhăm xác

định mưc độ và phạm vi ảnh hưởng, từ đó xây dựng các giải pháp thích ưng đảm

bảo việc cấp nước an toàn, đảm bảo mục tiêu phát triển bền vững của cho toàn

khu vực với chiến lược quản ly tài nguyên nước một cách thích hợp.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung của nghiên cưu nhăm xác định các ảnh hưởng của BĐKH

& NBD đến nguồn nước thô cung cấp tại Tp.HCM, và tính toán dự báo nhu cầu

sử dụng nước trong tương tai trung hạn tại Tp.HCM trong điều kiện không chắc

chắn về nhu cầu dùng nước; từ đó tổng hợp các kết quả nhăm đưa ra các đánh

giá dự báo về các kịch bản thiếu đủ đối với việc cung cấp nước thô cho Tp.HCM,

cũng như đề xuất một số các giải pháp trong việc giảm thiểu ảnh hưởng.

2

Các mục tiêu cụ thể của nghiên cưu bao gồm:

1) Tính toán dự báo nhu cầu dùng nước theo các tình huống khác nhau của

TpHCM đến các năm 2050, tương ưng đến thời điểm trung hạn (kịch bản

giữa thế kỷ, tương lai vừa) theo Kịch bản BĐKH & NBD do Bộ Tài

nguyên và Môi trường công bố (phiên bản năm 2016);

2) Xác định các tình huống ảnh hưởng của BĐKH & NBD tác động đến

việc cung cấp nước thô đến các năm 2050 cho Tp.HCM, theo các kịch

bản BĐKH & NBD do Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố (phiên bản

năm 2016);

3) Từ kết quả dự báo nhu cầu sử dụng (bài toán cung) và dự báo ảnh hưởng

của BĐKH & NBD ảnh hưởng đến việc cung cấp nước thô (bài toán

thiếu), tổng hợp đánh giá bài toán thiếu - đủ trong việc cung cấp nước

thô cho Tp.HCM và đề xuất một số các giải pháp nhăm hạn chế ảnh

hưởng.

3. Nội dung và phạm vi nghiên cứu

1) Dự báo nhu cầu dùng nước Tp.HCM đến các năm 2050: Xác định các

biến số ảnh hưởng đến nhu cầu dùng nước Tp.HCM và dự báo dài hạn

xu thế của các biến; xây dựng mô hình dự báo nhu cầu dùng nước; tính

toán dự báo nhu cầu tiêu thụ và tổng công suất sử dụng nước thô theo

các kịch bản tiêu thụ và tỷ lệ nước không doanh thu khác nhau.

2) Đánh giá thay đổi dòng chảy thượng lưu lưu vực sông SG-ĐN theo các

kịch bản BĐKH & NBD đã công bố: sử dụng các kịch bản BĐKH

RCP4.5 và RCP8.5 do Bộ Tài nguyên - Môi trường đã công bố (phiên

bản năm 2016) về khí tượng, thủy văn làm số liệu đầu vào tính toán; Sử

dụng mô hình SWAT để tính toán đánh giá sự thay đổi dòng chảy dựa

trên sự thay đổi các thông số khí tượng thủy văn của các kịch bản BĐKH;

Nghiên cưu đánh giá sự thay đổi dòng chảy lưu vực sông SG-ĐN dưới

ảnh hưởng của BĐKH, qua đó làm dữ liệu đầu vào và dữ liệu điều kiện

biên cho việc xác định lưu lượng và biên mặn ảnh hưởng đến các điểm

lấy nước thô của Tp.HCM. Do lấy nền tảng từ kịch bản BĐKH do Bộ

3

Tài nguyên - Môi trường nên trong nghiên cưu sẽ không xem xét đến các

yếu tố khác có liên quan như sự nâng hạ địa chất, sự thay đổi địa hình,

sụt lún đất do khai thác nước ngầm, ảnh hưởng của thủy triều, nước dâng

do bão, nước dâng do gió mùa, ảnh hưởng của các công trình thủy điện

bậc thang, xâm nhập mặn…

3) Đánh giá xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu & nước biển

dâng đã công bố: sử dụng mô hình mô phỏng thủy lực để thực hiện mô

phỏng lưu vực sông SG-ĐN (dự kiến sử dụng mô hình TELEMAC 2D).

Tuy nhiên trong nghiên cưu này, với mục tiêu xem xét nghiên cưu ảnh

hưởng đến việc cung cấp nước tại vị trí các nguồn cung cấp nước thô

(xem Hình 3.20) cho Tp.HCM nên sẽ không xem xét phụ lưu sông Vàm

Cỏ trong các mô hình thiết lập và đánh giá; cơ sở mô hình hóa: dựa trên

cơ sở các bản đồ địa hình; bản đồ DEM để lập mô hình; khảo sát đo đạc

các số liệu thực tế kết hợp với các kết quả của các trường hợp đã diễn ra

trong quá khư để hiệu chỉnh mô hình; nghiên cưu đánh giá xâm nhập

mặn và thời gian nhiễm mặn liên tục tại các trạm bơm nước thô trên sông

SG-ĐN, trên cơ sở kết hợp từ kết quả của việc đánh giá thay đổi dòng

chảy lưu vực sông SG-ĐN và các kịch bản nước biển dâng do Bộ Tài

nguyên và Môi trường đã công bố (phiên bản năm 2016).

4) Đánh giá tổng hợp tác động của BĐKH đến việc thiếu - đủ trong việc

bảo đảm nguồn nước cung cấp cho Thành phố và đề xuất các giải pháp:

Từ kết quả dự báo tổng công suất nước thô cần thiết và kết quả tính toán

dự báo xâm nhập mặn tại các vị trí cung cấp thô cho Tp.HCM, đánh giá

về khả năng cung cấp ngưng cung cấp nước cho Tp.HCM từ nguồn nước

thô sông SG-ĐN trong điều kiện các ảnh hưởng tác động của BĐKH &

NBD vào các năm 2030 và 2050; đề xuất các giải pháp và kịch bản trong

việc hạn chế ảnh hưởng đến việc cung cấp nước.

4

Hình 0.1 Đối tượng và phạm vi của nghiên cưu

4. Phương pháp nghiên cứu

1) Phương pháp kế thừa; 2) Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu; 3)

Phương pháp GIS; 4) Phương pháp mô hình toán; 5) Phương pháp thống kê và

xử lý số liệu.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học

Về mặt khoa học, nghiên cưu có các đóng góp mới như sau:

1) Xác định dự báo nhu cầu sử dụng nước và tổng công suất nước thô

cần thiết cho Tp.HCM theo các kịch bản không chắc chắn khác nhau

đến các năm 2050, dựa trên cơ sở các dữ liệu về cung cấp nước và

các số liệu kinh tế - xã hội trong quá khư và mô hình dự báo xu

hướng trong tương lai.

5

2) Xác định các kịch bản biến đổi dòng chảy và ảnh hưởng xâm nhập

mặn đến việc cung cấp nước thô cho các nhà máy nước tại Tp.HCM,

với các điều kiện biên dựa trên các thay đổi theo các kịch bản BĐKH

& NBD đã được công bố.

3) Đưa ra về mặt định lượng các kịch bản thiếu hụt nguồn nước thô xác

định theo các nguồn nước, ảnh hưởng đến việc cung cấp nước cho

Tp.HCM trong tương lai dưới các điều kiện BĐKH & NBD. Đánh

giá tổng hợp bài toán thiếu / đủ và tính toán định lượng sự thiếu hụt

về lượng nước thô theo các kịch bản dự báo cung - cầu, đưa ra các

trường hợp cảnh báo về lưu lượng, mưc độ, cũng như thời gian nhiễm

mặn kéo dài liên tục; từ đó đề xuất các khuyến nghị trong việc đảm

bảo an toàn nguồn nước thô cung cấp.

Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả của nghiên cưu có thể là cơ sở cho các nhà quản lý trong việc

đưa ra các chiến lược và kế hoạch bảo đảm việc thực hiện cấp nước an toàn về

các vấn đề sau:

1) Dự báo nhu cầu sử dụng nước của Tp.HCM trong tương lai.

2) Quy hoạch phát triển nhà máy nước và nguồn nước thô.

3) Các giải pháp hạn chế ảnh hưởng của BĐKH & NBD đối với việc

cung cấp nước.

6. Những đóng góp của luận án

- Luận án đã xây dựng mô hình dự báo và dự báo nhu cầu dùng nước tại

Tp.HCM trong tương lai trung hạn.

- Luận án đã đánh giá các trường hợp kịch bản BĐKH cụ thể có ảnh hưởng

đến việc cung cấp nước tại Tp.HCM, và kết hợp với nhu cầu đã dự báo

để đánh giá mưc độ ảnh hưởng của việc thiếu nước.

- Luận án đưa ra các các giải pháp khuyến nghị cụ thể nhăm giảm ảnh

hưởng đến việc cung cấp nước trong trường hợp xảy ra các kịch bản

BĐKH.

6

7. Bố cục luận án

Ngoài phần mở đầu và kết luận & kiến nghị, luận án bao gồm 04 chương:

Chương 1 - Tổng quan các nghiên cưu về dự báo nhu cầu dùng nước và tác động

của biến đổi khí hậu đến nguồn nước thô cung cấp tại Tp.HCM.

Chương 2 - Lập mô hình và dự báo trung hạn nhu cầu dùng nước tại Tp.HCM.

Chương 3 - Lập mô hình toán và đánh giá tác động của BĐKH & NBD đến sông

Sài Gòn - Đồng Nai tại các vị trí cung cấp nước thô cho Tp.HCM.

Chương 4 - Đánh giá ảnh hưởng đến việc an toàn cấp nước TP.HCM và đề xuất

các giải pháp.

Chương 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DỰ BÁO NHU

CẦU DÙNG NƯỚC VÀ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

ĐẾN NGUỒN NƯỚC THÔ CUNG CẤP TẠI TP.HCM

Trong nội dung của chương này trình bày tổng quan về các ảnh hưởng

của BĐKH với việc cung cấp nước đô thị. Giới thiệu các nghiên cưu về dự báo

nhu cầu dùng nước, các nghiên cưu về thay đổi dòng chảy và xâm nhập mặn dưới

tác động của BĐKH ở ngoài nước, trong nước cũng như tại khu vực nghiên cưu.

Nội dung cũng trình bày các đánh giá tổng quan của các nghiên cưu và giới thiệu

Kịch bản BĐKH và NBD của Bộ Tài nguyên và Môi trường (2016).

7

Chương 2. THIẾT LẬP MÔ HÌNH VÀ DỰ BÁO NHU CẦU DÙNG

NƯỚC TRUNG HẠN TẠI TP. HỒ CHÍ MINH

2.1. Phân tích và lựa chọn các biến số ảnh hưởng đến nhu cầu dùng nước

tại Tp.HCM

Nhăm đánh giá mưc độ quan hệ giữa các biến số đối với lượng nước tiêu

thụ tại Tp.HCM, trong nghiên cưu này sử dụng phương pháp phân tích hệ số

tương quan (hệ số tương quan Pearson và hệ số tương quan riêng - Partial). Từ

xu thế của các biến số so với thời điểm năm 1995 cho thấy các biến số chính ảnh

hưởng đến nhu cầu dùng nước tại Tp.HCM bao gồm các biến số về kinh tế - xã

hội: 1) Số lượng đồng hồ nước, 2) Giá nước, 3) GRDP và 4) Dân số.

Hình 2.1 Biểu đồ xu thế giá trị của các biến số so với thời điểm năm 1995

2.2. Thiết lập các mô hình mô phỏng nhu cầu sử dụng nước tại Tp.HCM

2.2.1. Tiêu chuẩn kiểm định mô hình

2.2.2. Mô hình hồi quy tuyến tính bội nhu cầu sử dụng nước tại Tp.HCM

Mô hình hồi quy tuyến tính bội tiêu thụ nước tại Tp.HCM được trình bày

trong [2.1]:

TIEUTHU = 154516,7 + 0,211×DHN – 9,136×GIA

+ 1406,64×GRDP – 7,546×DANSO [2.1]

Trong đó: TIEUTHU: lượng nước tiêu thụ tại thời điểm t (1.000m3);

DHN:số lượng đồng hồ nước tại thời điểm t; GIA: giá nước bình quân tại thời

0

5

10

15

20

19

95

199

6

19

97

19

98

19

99

200

0

20

01

20

02

20

03

20

04

20

05

20

06

20

07

20

08

20

09

20

10

20

11

20

12

20

13

20

14

20

15

20

16

20

17

Tiêu thụĐHN

Giá

Dân số

Nhiệt độ

Mưa

NắngGRDP

8

điểm t (VNĐ/m3); GRDP:GRDP tại thời điểm t (triệu/người/năm); DANSO:dân

số thành thị tại thời điểm t (1000 người)

Mặc dù độ phù hợp của mô hình đạt được rất cao (R2 = 0,991; NSE =

0,991), tuy nhiên, các biến số độc lập này đều vi phạm điều kiện về phân tích đa

cộng tuyến, giá trị VIF đều lớn hơn giá trị cho phép dự đoán sẽ gia tăng sự không

chắc chắn do hiện tượng đa cộng tuyến gây sai số chuẩn của các hệ số sẽ lớn.

2.2.3. Mô hình ANN nhu cầu sử dụng nước tại Tp.HCM

Mô hình nhu cầu sử dụng nước tại Tp.HCM được thiết lập dựa trên

phương pháp mạng thần kinh nhân tạo ANN lan truyền thẳng nhiều lớp; bao gồm

01 lớp ẩn với 05 phần tử, hàm chuyển đổi Hyperbolic Tangent. Dữ liệu huấn

luyện mô hình bao gồm các 20 dữ liệu của 4 biến đầu vào trong thời gian từ năm

1995 đến năm 2017, ngoại trừ dữ liệu các năm 2000, 2005 và 2010 dùng để kiểm

định. Kết quả mô phỏng giữa lượng nước tiêu thụ thực tế và mô hình có độ phù

hợp của mô hình đạt được rất cao (R2 = 0.99, NSE = 0.989).

2.2.4. Nhận xét và lựa chọn mô hình

Với lợi thế của mạng thần kinh nhân tạo là không cần xem xét đến tính

tương quan giữa các biến số như khi thực hiện phân tích hồi quy, đề xuất chọn

mô hình mạng thần kinh nhân tạo là mô hình được sử dụng trong việc nghiên cưu

dự báo kết hợp với phương pháp mô phỏng xác suất Monte-Carlo trong việc dự

báo dài hạn nhu cầu sử dụng nước tại Tp.HCM.

2.3. Dự báo xu hướng của các biến số ảnh hưởng đến nhu cầu dùng nước tại

Tp.HCM

Nhăm dự báo nhu cầu sử dụng nước, nội dung Mục này trình bày việc

dự báo xu hướng của các biến số như ở Mục 2.1 vào các năm trong tương lai với

các điều kiện dựa vào quá khư và các chỉ tiêu phát triển tại khu vực.

2.4. Dự báo nhu cầu sử dụng nước tại Tp.HCM trong điều kiện không chắc

chắn

9

Bảng 2.8 Kết quả dự báo tiêu thụ

Tiêu thụ 2025 2030 2040 2050

Trung bình (1000m³) 693.112,77 771.221,75 825.053,35 859.267,20

Độ lệch chuẩn 12.589,24 8.460,11 3.649,52 2.234,43

Giá trị tại xác suất 5% 672.405,31 757.306,11 819.050,43 855.591,90

Giá trị tại xác suất 95% 713.820,24 785.137,39 831.056,28 862.942,51

Hình 2.2 Dữ liệu quá khư và kết quả dự báo tiêu thụ (đvt: 1.000m³/ngày) Kết

quả dự báo tổng công suất cung cấp nước từ Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn

trong tương lai

Kết quả dự báo tổng công suất cung cấp nước cần thiết để cung cấp cho

nhu cầu sử dụng nước tại Tp.HCM theo các kịch bản nước không doanh thu được

trình bày tóm tắt trong Bảng 2.10, trong đó tạm tính tỷ lệ hao hụt giữa nước

thô/nước sạch là 5%.

Bảng 2.10 Kết quả dự báo tổng sản lượng nước thô cung cấp theo các tỷ lệ

nước không doanh thu dự kiến, dự báo theo ngày (1000m3/ngày):

Tỷ lệ nước

không

doanh thu

Sản lượng

nước thô

cung cấp

2025 2030 2040 2050

19%

TB 2.498,60

Min 2.423,96

Max 2.573,25

18% TB 2.466,15

Min 2.392,48

-

500

1,000

1,500

2,000

2,500

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Tiê

u t

hụ (

10

00

m³/

ngày

) Quá khư

Dự báo

Kiểm tra

10

Max 2.539,83

17%

TB 2.434,54 2.708,89

Min 2.361,80 2.660,01

Max 2.507,27 2.757,77

16%

TB 2.403,72 2.674,60

Min 2.331,91 2.626,34

Max 2.475,53 2.722,86

15%

TB 2.641,17 2.825,53

Min 2.593,51 2.804,97

Max 2.688,83 2.846,08

14%

TB 2.608,56 2.790,64

Min 2.561,50 2.770,34

Max 2.655,63 2.810,95

13%

TB 2.756,61 2.870,92

Min 2.736,55 2.858,64

Max 2.776,67 2.883,20

12%

TB 2.723,40 2.836,33

Min 2.703,58 2.824,20

Max 2.743,21 2.848,47

11%

TB 2.802,57

Min 2.790,58

Max 2.814,55

10%

TB 2.769,60

Min 2.757,75

Max 2.781,44

Hình 2.3 Dự báo tổng công suất cung cấp nước trung bình (đvt: 1.000m³/ngày)

2,2002,3002,4002,5002,6002,7002,8002,9003,0003,1003,200

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10Tiê

u t

hụ

(1

.00

0m

³/n

gày

)

Tỷ lệ nước không doanh thu (%)

2025

2030

2040

2050

11

Chương 3. THIẾT LẬP MÔ HÌNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG

CỦA BĐKH & NBD ĐẾN SÔNG SÀI GÒN ĐỒNG NAI TẠI CÁC

VỊ TRÍ CUNG CẤP NƯỚC THÔ CHO TP.HCM

3.1. Tổng quan quy trình thực hiện

Tổng quát quy trình tổng quan thực hiện trong nghiên cưu thực hiện việc

đánh giá như trình bày như sau:

Hình 3.1 Tổng quan quy trình thực hiện đánh giá kết hợp giữa SWAT và

Telemac

Mô hình mưa - dòng chảy và thủy lực sông ngòi được lựa chọn để sử

dụng và phân tích đánh giá lần lượt là mô hình SWAT và mô hình TELEMAC.

Kịch bản BĐKH & NBD được lựa chọn đánh giá là kịch bản RCP 4.5 (kịch bản

phát thải thấp) và RCP 8.5 (kịch bản phát thải cao), tương ưng với các kịch bản

đã được lựa chọn tính toán trong Kịch bản BĐKH & NBD cho Việt Nam (Bộ Tài

nguyên và Môi trường, 2016).

3.2. Thiết lập mô hình mưa - dòng chảy lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai

3.2.1. Phương pháp thực hiện nghiên cứu

3.2.2. Thiết lập mô hình

12

Việc mô phỏng lưu vực, sông, các điểm ra (cửa xả lưu vực), thời tiết

được sử dụng thông qua phần mềm ArcSWAT 2012 cài đặt trên ArcGIS 10.4.

Đối với việc hiệu chỉnh mô hình, sử dụng SWAT-CUP. Trong nghiên cưu này sẽ

kế thừa sử dụng mô hình lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai đã được thiết lập và

hiệu chỉnh bởi nhóm nghiên cưu của TS. Đào Nguyên Khôi và nghiên cưu viên

Phạm Thị Len trong khuôn khổ đề tài mã số “A2013-48-1” của Đại học Quốc

Gia Tp.HCM (Len & Khôi, 2015).

Hình 3.3 Khu vực nghiên cưu, các vị trí trạm khí tượng, trạm thủy văn được mô

phỏng trong SWAT (và các tiểu lưu vực được mô phỏng)

3.2.3. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định

Bảng 3.5 Bảng đánh giá thống kê kết quả mô phỏng

Stt Trạm Giai đoạn hiệu chỉnh Giai đoạn kiểm định

R2 NSE PBIAS R2 NSE PBIAS

1 Phước Long 0.88 0.9 5.5% 0.91 0.89 4.1%

2 Phước Hòa 0.9 0.87 8.7% 0.89 0.87 13.7%

3 Tà Pao 0.84 0.87 6.3% 0.85 0.82 4.9%

4 Tà Lài 0.77 0.73 11.9% 0.79 0.76 8.1%

3.3. Thiết lập mô hình thủy lực sông ngòi lưu vực

13

3.3.1. Phương pháp thực hiện nghiên cứu

3.3.2. Thiết lập mô hình

Hình 3.8 Khu vực nghiên cưu, mô hình lưới, vị trí các biên lưu lượng, mực

nước và các vị trí kiểm định

Miền nghiên cưu được giới hạn phía thượng lưu kể từ sau các hồ chưa

Trị An, Phước Hòa, Dầu Tiếng và các nhánh sông Vàm Cỏ Đông đến vị trí Trạm

Gò Dầu Hạ và Vàm Cỏ Tây đến vị trí trạm đo Mộc Hóa. Để giảm thiểu ảnh hưởng

của đáy biển vùng ven bờ, giá trị triều thiên văn sẽ được áp dụng xem như điều

kiện biên cho vùng biên hở ngoài biển, phía hạ lưu miền tính được mở rộng ra

biển Đông với vị trí xa nhất cách cửa sông Soài Rạp khoảng 35km.

Miền nghiên cưu được giới hạn bởi 5 biên ở thượng lưu và 1 biên ở hạ

lưu như sau: 1) Biên Q1(t): kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè; 2) Biên Q2(t): sau hồ chưa

Trị An; 3) Biên Q3(t): sau hồ chưa Dầu Tiếng; 4) Biên Q4(t): tại trạm Gò Dầu

14

Hạ; 5) Biên Q5(t): tại trạm Mộc Hoá, 6) Biên Z(t): ngoài biển xác định từ cơ sở

dữ liệu của triều thiên văn.

3.3.3. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

Bảng 3.7 & 3.8 Bảng đánh giá thống kê kết quả mô phỏng

Stt Thông số Trạm Chỉ số

R2 NSE

1 Mực nước Phú An 0,86 0,85

2 Mực nước Nhà Bè 0,92 0,91

3 Mực nước Biên Hòa 0,94 0,92

4 Mực nước Tân An 0,89 0,88

5 Độ mặn Phú An 0,79 0,61

6 Độ mặn Lái Thiêu 0,84 0,75

7 Độ mặn Nhà Bè 0,63 0,47

8 Lưu lượng C1 0,86 0,85

9 Lưu lượng C2 0,87 0,85

10 Mực nước C1 0,90 0,71

11 Mực nước C2 0,93 0,89

3.4. Các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với lưu vực sông

Sài Gòn - Đồng Nai

3.5. Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu lên sự thay đổi dòng chảy sử

dụng mô hình mưa - dòng chảy

3.5.1. Tại đoạn sông Đồng Nai

▪ Giai đoạn 2030s:

Bảng 3.14 Sự thay đổi dòng chảy tại đoạn sông Đồng Nai tại giai đoạn 2030s

so với thời kỳ cơ sở theo các kịch bản

Mùa RCP4.5 RCP8.5

Các tháng 12, tháng 1 & tháng

2

40,3%

(-3,7% ÷ 76,4%)

21,5%

(-20,8% ÷ 54,8%)

Các tháng 3, tháng 4 & tháng

5

23,5%

(2,4% ÷ 46,3%)

-13,7%

(-33,5% ÷ 9,9%)

▪ Giai đoạn 2050s:

15

Bảng 3.15 Sự thay đổi dòng chảy tại đoạn sông Đồng Nai tại giai đoạn 2050s

so với thời kỳ cơ sở theo các kịch bản

Mùa RCP4.5 RCP8.5

Các tháng 12, tháng 1 & tháng

2

38,4%

(-3,0% ÷ 70,9%)

62,8%

(13,4% ÷ 102,1%)

Các tháng 3, tháng 4 & tháng 5 1,3%

(-28,5% ÷ 34,6%)

24,6%

(-5,1% ÷ 58,9%)

3.5.2. Tại đoạn sông Sài Gòn

▪ Giai đoạn 2030s:

Bảng 3.16 Sự thay đổi dòng chảy tại đoạn sông Sài Gòn tại giai đoạn 2030s

so với thời kỳ cơ sở theo các kịch bản

Mùa RCP4.5 RCP8.5

Các tháng 12, tháng 1 &

tháng 2

49,7%

(-10,3% ÷ 101,0%)

26,4%

(-7,8% ÷ 58,2%)

Các tháng 3, tháng 4 & tháng

5

31,4%

(2,6% ÷ 65,9%)

-2,8%

(-23,9% ÷ 21,1%)

▪ Giai đoạn 2050s:

Bảng 3.17 Sự thay đổi dòng chảy tại đoạn sông Sài Gòn tại giai đoạn 2050s

so với thời kỳ cơ sở theo các kịch bản

Mùa RCP4.5 RCP8.5

Các tháng 12, tháng 1 &

tháng 2

56,0%

(-6,0% ÷ 111,5%)

49,4%

(-4,9% ÷ 98,7%)

Các tháng 3, tháng 4 & tháng

5

7,4%

(-27,4% ÷ 50,5%)

43,0%

(9,2% ÷ 79,3%)

3.6. Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn sông Sài

Gòn - Đồng Nai tại các vị trí cung cấp nước thô cho Tp.HCM

3.6.1. Các kịch bản tính toán kết hợp biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối

với lưu vực sông SG-ĐN

Bảng 3.19 Tổng quan các kịch bản

Kịch

bản phát

thải

Giai

đoạn

Thay đổi lưu lượng sông Mực nước

biển dâng

(cm) đoạn Đồng Nai đoạn Sài gòn

16

RCP4.5

2016-

2035

23,5%

(2,4% ÷ 46,3%)

31,4%

(2,6% ÷ 65,9%)

12

(7 ÷ 18)

2046-

2065

1,3%

(-28,5% ÷ 34,6%)

7,4%

(-27,4% ÷ 50,5%)

22

(13 ÷ 32)

RCP8.5

2016-

2035

-13,7%

(-33,5% ÷ 9,9%)

-2,8%

(-23,9% ÷ 21,1%)

12

(8 ÷ 17)

2046-

2065

24,6%

(-5,1% ÷ 58,9%)

43,0%

(9,2% ÷ 79,3%)

25

(16 ÷ 35)

3.6.2. Đánh giá xâm nhập mặn

Nghiên cưu thực hiện mô phỏng 72 tổ hợp tính toán và trích xuất dữ liệu

tại các vị trí: 1) Trạm bơm Hòa Phú; 2) Trạm bơm Hóa An; 3) Trạm bơm Bình

An; 4) Vị trí ngã 3 sông Sài Gòn - Rạch Tra.

a. Độ mặn tại các vị trí xem xét trên đoạn sông Sài Gòn

b. Độ mặn tại các vị trí xem xét trên đoạn sông Đồng Nai

Hình 3.24 Kết quả độ mặn vào các năm 2030s theo các kịch bản lưu lượng và

nước biển dâng (thấp, trung bình, cao)

0

250

500

750

1000

0 20 40 60 80 100 120 140

Độ

mặn

(m

g/l

)

Lưu lượng trên sông Sài gòn (m³/s)

2030sNgưỡng 250mg/l

RCP4.5-Hòa Phú

RCP4.5-Rạch Tra

RCP8.5-Hòa Phú

RCP8.5-Rạch Tra

0

100

200

300

400

500

0 150 300 450 600 750 900

Độ

mặn

(m

g/l

)

Lưu lượng trên sông Đồng Nai (m³/s)

2030s

Ngưỡng 250mg/l

RCP4.5-Hóa An

RCP4.5-Bình An

RCP8.5-Hóa An

RCP8.5-Bình An

17

a. Độ mặn tại các vị trí xem xét trên đoạn sông Sài Gòn

b. Độ mặn tại các vị trí xem xét trên đoạn sông Đồng Nai

Hình 3.25. Kết quả độ mặn vào các năm 2050s theo các kịch bản lưu lượng và

nước biển dâng (thấp, trung bình, cao)

a. Tại Trạm bơm Hòa Phú

0

250

500

750

1000

0 20 40 60 80 100 120 140

Độ

mặn

(m

g/l

)

Lưu lượng trên sông Sài gòn (m³/s)

2050s

Ngưỡng 250mg/l

RCP4.5-Hòa Phú

RCP4.5-Rạch Tra

RCP8.5-Hòa Phú

RCP8.5-Rạch Tra

0

100

200

300

400

0 150 300 450 600 750 900

Độ

mặn

(m

g/l

)

Lưu lượng trên sông Đồng Nai (m³/s)

2050s

Ngưỡng 250mg/l

RCP4.5-Hóa An

RCP4.5-Bình An

RCP8.5-Hóa An

RCP8.5-Bình An

0

5

10

15

20

25

20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00

Thờ

i gia

n l

iên t

ục

(giờ

)

Lưu lượng trên sông Sài Gòn (m³/s)

18

b. Trạm bơm Hóa An và Bình An theo các kịch bản có ảnh hưởng

Hình 3.26 Thời gian kéo dài liên tục vượt ngưỡng 250mg/l tại các trạm bơm

nước thô theo các kịch bản có ảnh hưởng.

Chương 4. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC AN TOÀN CẤP

NƯỚC TP. HỒ CHÍ MINH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI

PHÁP

4.1. Tổng hợp kết quả và đánh giá việc ảnh hưởng đến khả năng cung cấp

nước

Bảng 4.1 Tổng hợp lượng nước thô (m3) thiếu hụt lớn nhất theo kịch bản

NRW 20%, xác định theo các nguồn nước

Năm KB BĐKH Sông Đồng

Nai

Sông Sài

Gòn Tổng cộng

2030s RCP 4.5 354.167 354.167

RCP 8.5 625.000 479.167 1.104.167

2050s RCP 4.5 25.000 287.500 312.500

RCP 8.5 200.000 200.000

Bảng 4.2 Tổng hợp lượng nước thô (m3) thiếu hụt lớn nhất theo các kịch

bản tính toán, xác định theo các nguồn nước

0

20

40

210.00 215.00 220.00 225.00 230.00 235.00 240.00

Thờ

i gia

n l

iên t

ục

(giờ

)

Lưu lượng trên sông Đồng Nai (m³/s)

Hóa An Bình An

19

Nă

m

Tỷ lệ

nước

không

doanh

thu

Kịch

bản

BĐKH

Lượng nước thô (m3) thiếu hụt lớn nhất theo các

kịch bản tính toán

Sông Đồng Nai Sông

Sài Gòn

Kênh

Đông

N46

Tổng

cộng Hóa An Bình

An

Tổng

cộng

2030s

16% RCP 4.5 - - - 304.583 304.583

RCP 8.5 475.000 - 475.000 412.083 887.083

15% RCP 4.5 - - - 283.333 283.333

RCP 8.5 475.000 - 475.000 383.333 858.333

14% RCP 4.5 - - - 283.333 283.333

RCP 8.5 465.000 - 465.000 383.333 848.333

2050s 13%

RCP 4.5 - - - 287.500 287.500

RCP 8.5 - - - 200.000 200.000

11% RCP 4.5 - - - 287.498 287.498

RCP 8.5 - - - 200.000 200.000

4.2. Đề xuất các giải pháp hạn chế đến việc cung cấp nước tại Tp.HCM kết

hợp giữa Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn với chính quyền quản lý

4.2.1. Xây dựng hồ chứa nước thô

Bảng 4.3 Đề xuất kích thước hồ sơ lắng dự trữ ở mưc tối thiểu theo các

kịch bản

Trạm

Dung tích

yêu cầu theo

các KB (m3)

Tổng

dung tích

(m3)

Dung tích

chết (m3) Kích thước hồ

Tổng diện

tích yêu

cầu (ha)

Hóa An 475.000 595.000 120.000 19,83ha | h=3m 25.8

465.000 585.000 120.000 19,5ha | h=3m 25.4

Hòa

Phú

415.000 520.000 105.000 17,33ha | h=3m 22.5

390.000 490.000 100.000 16,33ha | h=3m 21.2

300.000 375.000 75.000 12,5ha | h=3m 16.3

Bảng 4.14 Vị trí các hồ chưa nước thô đề xuất

Trạm

bơm Vị trí

Diện tích

có thể đáp

ưng

Tuyến ống dẫn

về Trạm bơm

Hòa Phú Vị trí 1: Xã Trung An, Củ Chi,

về phía thượng nguồn sông Sài 22 ÷ 47 ha

8,3km, D = 2m;

V < 2m/s

20

Gòn trước ngã 3 sông Thị Tính-

Sài Gòn

Hòa Phú

Vị trí 2: Xã Trung An, Củ Chi,

về phía thượng nguồn Trạm

bơm Hòa Phú hiện hữu

26 ha 1,5km, D = 2m;

V < 2m/s

Hòa Phú Vị trí 3: lân cận thượng nguồn

Trạm bơm Hòa Phú hiện hữu 16 ha

0,8km, D = 2m;

V < 2m/s

Hóa An Lân cận thượng nguồn Trạm

bơm Hóa An hiện hữu 31 ha

0,4km, 2 x D =

2m; V ~ 2m/s

Bình An Lân cận hạ lưu Trạm bơm Bình

An hiện hữu 6 ha

1,8km, D = 1m;

V ~ 2m/s

4.2.2. Chuyển đổi vị trí lấy nước thô

Đối với nguồn nước sông Sài Gòn: dời vị trí lên thượng nguồn

Hình 4.3 Biểu đồ độ mặn tại khu vực lân cận Trạm bơm Hòa Phú, theo kịch bản

cực hạn

Đối với nguồn nước sông Đồng Nai: Dời vị trí lấy nước thô về phía thượng lưu

sông Đồng Nai

Hình 4.5 Biểu đồ độ mặn tại khu vực lân cận Trạm bơm Hóa An & Bình An,

theo kịch bản cực hạn

0200400600800

10001200

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10

Độ

mặn

(m

g/l

)

Thượng lưu <-- Khoảng cách (km) --> Hạ lưu

Hòa Phú Ngưỡng độ mặn (250mg/l)

0200400600800

10001200

-30 -20 -10 0 10 20

Độ m

ặn (

mg/l

)

Thượng lưu <-- Khoảng cách (km) --> hạ lưu

Bình An Hóa An Ngưỡng độ mặn (250mg/l)

21

Hình 4.4 Vị trí chuyển đổi thu nước và sơ đồ các tuyến ống nước thô Trạm bơm

Hòa Phú

Hình 4.6 Vị trí chuyển đổi thu nước và sơ đồ các tuyến ống nước thô

Trạm bơm Hóa An Đối với nguồn nước từ Kênh Đông:

4.2.3. Tăng lưu lượng cung cấp nước từ Hồ Dầu Tiếng và Hồ Trị An

22

Bảng 4.4 Lưu lượng cần thiết phải bổ sung trên các đoạn sông theo các trường

hợp tính toán

Kịc

h b

ản l

ưu

lượ

ng

Kịc

h b

ản

BĐ

KH

Giai

đoạn

Lưu lượng tối

thiểu để không

xảy ra (m3/s)

Mực

NBD

cao

nhất

(cm)

Lưu lượng cực

trị theo các

trường hợp tính

toán (m3/s)

Lưu lượng

cần thiết phải

bổ sung

(m3/s)

Đồng

Nai

Sài

Gòn

Đồng

Nai

Sài

Gòn

Đồng

Nai

Sài

Gòn

Tru

ng

bìn

h 4.5

2030s 563,20 71,82 18 563,20 71,82

2050s 393,25 75,18 32 393,25 50,82 24,36

8.5 2030s 365,75 68,04 17 365,75 53,27 14,77

2050s 521,95 76,44 35 521,95 76,44

Kiệ

t

4.5 2030s 332,80 66,36 18 332,80 41,04 25,32

2050s 329,23 66,36 32 232,38 29,04 96,85 37,32

8.5 2030s 280,48 71,72 17 216,13 30,44 64,35 41,28

2050s 308,43 71,72 35 308,43 43,68 28,04

KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ

Nhăm đánh giá tác động của BĐKH và NBD đến nguồn nước thô cung

cấp và dự báo nhu cầu dùng nước trong tương lai trung hạn tại Tp.HCM, trong

nghiên cưu này đã thực hiện nghiên cưu và có các đóng góp về mặt khoa học

cũng như về mặt định hướng quy hoạch cấp nước cho Tp.HCM như sau:

1) Nghiên cưu đã xây dựng mô hình dự báo nhu cầu dùng nước và đưa

ra bảng các giá trị dự báo dùng nước theo các trường hợp khác nhau trong các

thời điểm năm 2030 và 2050 cho Tp.HCM. Số liệu dự báo có xem xét đến lộ

trình và các kịch bản giảm nước không doanh thu của SAWACO. Việc dự báo

với mô hình dựa trên các số liệu tăng trưởng đồng hồ nước, giá nước, GRDP và

dân số thành thị trong quá khư và dự báo sự tăng trưởng của các thành phần này

trong tương lai.

23

2) Nghiên cưu đã đưa ra các kịch bản xâm nhập mặn trên sông SG-ĐN

tại các vị trí cung cấp nước thô cho Tp.HCM, tính toán từ mô hình thủy lực sông

ngòi với sự thay đổi biên lưu lượng từ các kịch bản thay đổi dòng chảy do BĐKH

được xác định từ mô hình mưa - dòng chảy và kết hợp với kịch bản NBD. Kết

quả của bài toán đưa ra các trường hợp biên xâm nhập theo các kịch bản tại các

vị trí cung cấp nước thô cho Tp.HCM với các cảnh báo về mưc độ, cũng như thời

gian nhiễm mặn kéo dài liên tục mà có thể đến việc cung cấp nước thô.

3) Đánh giá tổng hợp bài toán thiếu / đủ và tính toán định lượng sự thiếu

hụt về lượng nước thô cho Tp.HCM theo các kịch bản dự báo cung - cầu, đưa ra

các trường hợp cảnh báo về thời gian ngưng cung cấp nước kéo dài liên tục tại

các Nhà máy nước; từ đó đề xuất các khuyến nghị đối với việc quy hoạch cấp

nước của Tp.HCM trong việc đảm bảo an toàn nguồn nước thô cung cấp, bao

gồm các giải pháp chính như sau:

1. Đề xuất vị trí và quy mô các hồ chưa nước thô dự trữ tương ưng

với thể tích nước bị thiếu hụt theo các kịch bản BĐKH & NBD đã

tính toán;

2. Đề xuất chuyển vị trí lấy nước thô tại các địa điểm không bị ảnh

hưởng bởi xâm nhập mặn theo tất cả các kịch bản BĐKH & NBD đã

tính toán, cũng như định tuyến ống nước thô truyền tải về lại các

NMN hiện hữu;

3. Đề xuất các lưu lượng cần thiết nhăm bổ sung trên các đoạn sông

để đẩy biên mặn ra khỏi các Trạm bơm nước thô theo các kịch bản

BĐKH & NBD đã tính toán.

Bên cạnh đó, nghiên cưu này cũng còn tồn tại một số các hạn chế, bao

gồm các nhóm hạn chế như trình bày sau:

1) Hạn chế về nguồn dữ liệu thủy văn, bản đồ số địa hình, bản đồ sử dụng

đất, các số liệu mặt cắt sông…dẫn đến đưa ra một số các giả thiết khi sử dụng

các mô hình toán để thực hiện mô phỏng nghiên cưu. Bên cạnh đó, do Kịch bản

24

BĐKH & NBD được công bố từ Bộ Tài nguyên và Môi trường (2016) không

xem xét các yếu tố khác có liên quan như sự nâng hạ địa chất, sự thay đổi địa

hình, sụt lún đất do khai thác nước ngầm, ảnh hưởng của thủy triều, nước dâng

do bão, nước dâng do gió mùa, ảnh hưởng của các công trình thủy điện bậc thang,

xâm nhập mặn,… nên trong nghiên cưu này cũng chưa xem xét đến.

2) Hạn chế về nguồn dữ liệu dự báo thay đổi sử dụng đất, dự báo thay

đổi kinh tế xã hội, dự báo thay đổi cơ cấu nông lâm nghiệp tại các tỉnh trong lưu

vực sông SG-ĐN, dẫn đến chưa thể tính toán toàn diện sự thay đổi dòng chảy

trên sông SG-ĐN do các yếu tố khác ngoài kịch bản biến đổi khí hậu & nước

biển dâng.

3) Trong giới hạn của nghiên cưu, việc đề xuất các giải pháp giảm thiểu

rủi ro đến việc cung cấp nước cho Tp.HCM chưa bao gồm các yếu tố về ô nhiễm

nguồn nước mặt. Cũng như chưa thể tính toán ước tính kinh phí thực hiện cho

các giải pháp đề xuất, các giải pháp này cần thêm các đề tài nghiên cưu cụ thể về

tính khả thi cũng như thiết kế xây dựng.

Từ các kết quả tính toán cũng như các hạn chế như đã trình bày, kiến

nghị đề xuất các nghiên cưu tiếp nối hoặc nâng cao chất lượng kết quả tính toán

nhăm giảm thiểu rủi ro đến việc cung cấp nước cho Tp.HCM như:

1) Nghiên cưu ảnh hưởng của ô nhiễm cũng như mô hình toán dự báo

lan truyền ô nhiễm theo các kịch bản đến các vị trí cung cấp nước thô cho

Tp.HCM.

2) Nghiên cưu việc thay đổi nguồn cung cấp nước thô cho Tp.HCM.

3) Nghiên cưu nâng cao năng lực dự trữ nước cho Tp.HCM.

iii

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

Hồ Minh Thông, Trần Thị Vân Thư, Châu Nguyễn Xuân Quang, Nguyễn Thống

(2015). Tổng quan các phương pháp dự báo nhu cầu dùng nước đô thị và

tính không chắc chắn trong dự báo dài hạn. Tạp chí Tài Nguyên Nước, tr.

13-20, số chuyên đề 9-2015

Hồ Minh Thông, Trần Thị Vân Thư, Châu Nguyễn Xuân Quang, Nguyễn Thống

(2015). Dự báo dài hạn nhu cầu dùng nước đô thị trong điều kiện không

chắc chắn - Áp dụng nghiên cưu tại Tp.HCM. Tạp chí Tài nguyên Nước, tr.

65-72, số 04 10-2015

Lưu Xuân Lộc, Nguyễn Thống, Hồ Tuấn Đưc, Lê Ngọc Anh, Hồ Minh Thông

(2015). Tác động của nước biển dâng đến chế độ thủy triều trên sông Sài

Gòn - Đồng Nai. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tr 72-78, số

5-2015

Hồ Minh Thông, Nguyễn Thống (2016). Tác động của nước biển dâng lên xâm

nhập mặn vào hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai. Tạp chí Nông nghiệp và

Phát triển nông thôn, tr 72-78, số 6-2016

Hồ Minh Thông, Nguyễn Quốc Phong, Nguyễn Thống, Trần Thị Vân Thư

(2019). Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá tác động của biến đổi khí hậu

đến việc thay đổi dòng chảy sông Sài Gòn - Đồng Nai tại các vị trí cung cấp

nước thô cho Tp.HCM. Tạp chí Tài Nguyên Nước, tr. 41-48, số 03 07-2019

Hồ Minh Thông, Nguyễn Quốc Phong, Nguyễn Thống, Nguyễn Thị Kim Yến

(2020). Đánh giá xâm nhập mặn tại các vị trí cung cấp nước thô cho thành

phố Hồ Chí Minh dưới ảnh hưởng của BĐKH & NBD. Tạp chí Tài Nguyên

Nước, tr. 43-52, số 03 08-2020

Hồ Minh Thông, Nguyễn Quốc Phong, Trần Thị Vân Thư, Nguyễn Thống

(2021). Đề xuất chuyển đổi vị trí cung cấp nước thô cho Tp.HCM theo các

kịch bản biến đổi khí hậu về mưa, nhiệt độ và nước biển dâng. Tạp chí Tài

Nguyên Nước, tr 18-26, số 02 04-2021